JP2012242588A - レンズ部品および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の視点それぞれに向けて高品質の画像を表示することができ容易に製造することができるレンズ部品を提供することを目的とする。
【解決手段】レンズ部品１０は、各々Ｘ方向に延在し共通の構成を有しＹ方向に最小周期Ｐ_Ｌで並列配置されたＫ個の単位レンズ１１を備える。各単位レンズ１１は、Ｙ方向の最小周期Ｐ_Ｌ内において区分される２個の部分レンズ１２_１，１２_２を含み、さらに、これら部分レンズ１２_１，１２_２の間に設けられた平坦部１３をも含む。部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは、Ｚ方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、物体面上の共通点を像面Ａ上の互いに異なる位置に結像する。
【選択図】図２８

Description

本発明は、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置に含まれるレンズ部品に関するものである。

複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置は、例えばカーナビゲーションシステムにおいて運転席および助手席それぞれに座っている者に対して互いに異なる画像を表示したり、あるいは、同一人物の右目および左目それぞれに対して互いに異なる画像を表示することで立体画像と認識させたりすることができる。

このような画像表示装置として、液晶などを用いた表示パネルと、シリンドリカルレンズが並列配置されたレンチキュラレンズと、を備えるものが知られている。表示パネルとして液晶表示パネルが用いられる場合、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域で個々の画素が囲まれている。表示パネルにおいて画素間に遮蔽領域が存在していることにより、画像表示装置が画像を表示する像面上では、遮蔽領域に対応する黒い領域が生じてしまう。

この黒い領域が像面上の位置によっては認識されることとなり、画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。そこで、特許文献１に開示された発明は、液晶表示パネルとレンチキュラレンズとの間に異方性散乱シートを設けることで、画素間の遮蔽領域に起因する画質の低下を回避することを図ろうとしている。

特開２００８−１３４６１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明では、画像を形成するのに必要な光をも異方性散乱シートにより散乱させることになるので、これにより画質が低下する。このような画質低下を回避する為に、特殊な形状を有するレンズ部品をレンチキュラレンズに替えて用いることも考えられる。しかし、特殊形状のレンズ部品の製造は必ずしも容易でない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の視点それぞれに向けて高品質の画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置において好適に用いられ容易に製造することができるレンズ部品を提供することを目的とする。

本発明のレンズ部品は、物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、(1) 各々第１方向に延在し共通の構成を有し、第１方向に垂直な第２方向に最小周期Ｐ_Ｌで並列配置されたＫ個の単位レンズを備え、(2)Ｋ個の単位レンズそれぞれが、第２方向の最小周期Ｐ_Ｌ内において区分されるＭ個の部分レンズと、これらＭ個の部分レンズの間に設けられた平坦部とを含み、(3)各単位レンズに含まれるＭ個の部分レンズそれぞれが、第１方向および第２方向の双方に垂直な第３方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、物体面上の共通点を像面上の互いに異なる位置に結像することを特徴とする。ただし、Ｋ，Ｍは２以上の整数である。

本発明のレンズ部品は、各単位レンズにおいて、平坦部の第２方向幅が、Ｍ個の部分レンズそれぞれの光軸の間隔と比べて等しいか又は大きいのが好適である。各単位レンズにおいて、平坦部の第２方向幅が、該単位レンズの第２方向幅の１／２より小さいのが好適である。また、各単位レンズに含まれるＭ個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有するのが好適である。

本発明の画像表示装置は、(1) 互いに垂直な第１方向および第２方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が２次元配列され、複数の単位画素組それぞれが第２方向に沿って配列されたＮ個の部分画素を含む表示パネルと、(2)表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、第２方向について単位画素組に対応して単位レンズが設けられている上記の本発明のレンズ部品と、を備えることを特徴とする。ただし、Ｎは２以上の整数である。

本発明の画像表示装置は、表示パネルの複数の単位画素組それぞれにおいて第２方向に沿ってＮ個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、遮蔽領域の第２方向での幅が、レンズ部品の各単位レンズに含まれるＭ個の部分レンズそれぞれの光軸の第２方向での間隔と比べて等しいか又は小さいのが好適である。

本発明の画像表示装置は、Ｍ値が２であり、レンズ部品のＫ個の単位レンズのうち第２方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる２個の部分レンズそれぞれの光軸の第２方向での中間位置と、表示パネルの複数の単位画素組のうち第２方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいのが好適である。また、本発明の画像表示装置は、レンズ部品および表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有するのが好適である。

本発明によれば、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができ、その画像の画質の劣化を抑制することができ、また、容易に製造することができる。

第１比較例の画像表示装置１による画像表示の原理を模式的に示す図である。 第１比較例の画像表示装置１による画像表示における表示パネル２０の画素と像面Ａ上の像との関係を説明する図である。 第１比較例の画像表示装置１による画像表示における表示パネル２０の画素と像面Ａ上の像との関係を説明する図である。 参考形態の画像表示装置のレンズ部品１０を説明する図である。 第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが−Ｙ方向にシフトしたときの部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図である。 第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが−Ｙ方向にシフトしたときの像面Ａ上の光強度分布を示す図である。 第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが＋Ｙ方向にシフトしたときの部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図である。 第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが＋Ｙ方向にシフトしたときの像面Ａ上の光強度分布を示す図である。 参考形態における部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図である。 参考形態における像面Ａ上の光強度分布を示す図である。 第１比較例の計算条件を示す図である。 第１比較例の計算結果を示す図である。 第１参考例の計算条件を示す図である。 第１参考例の計算結果を示す図である。 第２参考例の計算条件を示す図である。 第２参考例の計算結果を示す図である。 第３参考例の計算条件を示す図である。 第３参考例の計算結果を示す図である。 第２比較例の画像表示装置２による画像表示の原理を模式的に示す図である。 第２比較例の計算条件を示す図である。 第２比較例の計算結果を示す図である。 第４参考例の計算条件を示す図である。 第４参考例の計算結果を示す図である。 非球面レンズの断面形状を示す図である。 非球面レンズの最適化条件を示す図である。 第５参考例の計算条件を示す図である。 第５参考例の計算結果を示す図である。 本実施形態のレンズ部品１０の断面図である。 本実施形態のレンズ部品１０による結像を説明する図である。 本実施形態のレンズ部品１０の形状を説明する断面図である。 第３比較例の計算条件を示す図である。 第３比較例の計算結果を示す図である。 第１実施例の計算条件を示す図である。 第１実施例の計算結果を示す図である。 第１実施例の構成から平坦部１３を除いた場合の計算結果を示す図である。 第２実施例の計算条件を示す図である。 第２実施例の計算結果を示す図である。 第３実施例の計算条件を示す図である。 第３実施例の計算結果を示す図である。 本実施形態のレンズ部品１０の他の形状例を説明する断面図である。 金型の作製方法を模式的に説明する図である。 金型の作製の際に用いるバイトの形状を説明する図である。 本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。 レンズ部品１０および表示パネル２０の組み立て時の位置合わせの為のマークを説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。初めに比較例および参考形態の画像表示装置について説明した後に、実施形態の画像表示装置について説明する。参考形態は、本発明の実施形態の構成の前提となるべき事項を説明するためのものである。また、説明の便宜のために図面においてＸＹＺ直交座標系を示している。

図１は、第１比較例の画像表示装置１による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置１は、レンズ部品１０および表示パネル２０を備え、表示パネル２０を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品１０により像面Ａ上に結像する。

レンズ部品１０は、各々Ｘ方向に延在し共通の構成を有するシリンドリカルレンズ１１_１〜１１_Ｋが単位レンズとして一定周期でＹ方向に並列配置されたレンチキュラレンズである。Ｋは２以上の整数である。シリンドリカルレンズ１１_１〜１１_Ｋそれぞれの光軸はＺ方向に平行である。レンズ部品１０は概略的には平板形状のものであって、表示パネル２０に対向する面が平面であり、像面Ａに対向する面が凸面となっている。同図ではレンズ部品１０の凸面の形状が示されている。

表示パネル２０は、ＸＹ平面上に複数の単位画素組２１が２次元配列されたものである。各単位画素組２１は、Ｙ方向に沿って配列された２個の部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒを含む。左目用部分画素２２_Ｌと右目用部分画素２２_ＲとはＹ方向に交互に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域２３が左目用部分画素２２_Ｌと右目用部分画素２２_Ｒとの間に存在する。

単位画素組２１_ｋがシリンドリカルレンズ１１_ｋに対応しているとすると、単位画素組２１_ｋの左目用部分画素２２_Ｌから発した光がシリンドリカルレンズ１１_ｋを経ることにより像面Ａ上に左目用像Ｉ_Ｌが形成され、単位画素組２１_ｋの右目用部分画素２２_Ｒから発した光がシリンドリカルレンズ１１_ｋを経ることにより像面Ａ上に右目用像Ｉ_Ｒが形成される。そして、像面Ａ上の左目用像Ｉ_Ｌの形成範囲にある左目Ｅ_Ｌの網膜には左目用画像が結像され、像面Ａ上の右目用像Ｉ_Ｒの形成範囲にある右目Ｅ_Ｒの網膜には右目用画像が結像される。したがって、各単位画素組２１の左目用部分画素２２_Ｌおよび右目用部分画素２２_Ｒそれぞれに適切な画像データが与えられることにより、左目Ｅ_Ｌおよび右目Ｅ_Ｒにより立体画像が視認される。

しかし、像面Ａ上には、左目用像Ｉ_Ｌと右目用像Ｉ_Ｒとの間に、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂが生じてしまう。この黒い領域Ｉ_Ｂが像面Ａ上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。

図２および図３それぞれは、第１比較例の画像表示装置１による画像表示における表示パネル２０の画素と像面Ａ上の像との関係を説明する図である。単位画素組２１_ｋに含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_ＲそれぞれのＹ方向幅をＷ_Ｐとする。単位画素組２１_ｋに含まれる部分画素２２_Ｌと部分画素２２_Ｒとの間の遮蔽領域２３のＹ方向幅をＷ_Ｂとする。単位画素組２１_ｋのＹ方向幅をＰ（＝２(Ｗ_Ｐ＋Ｗ_Ｂ)）とする。レンズ部品１０の出射側主平面と像面Ａとの間の距離をＬ_１とする。レンズ部品１０の入射側主平面と表示パネル２０との間の距離をＬ_２とする。

部分画素２２_Ｌ，２２_ＲのＹ方向幅を底辺とし距離Ｌ_２を高さとする三角形と、像面Ａにおける像Ｉ_Ｌ，Ｉ_ＲのＹ方向幅を底辺とし距離Ｌ_１を高さとする三角形とは、相似関係にある。なお、厳密には、レンズ部品１０と表示パネル２０との間には他の部材（ガラス、偏光板、接着剤など）が存在する場合がある。レンズ厚が位置によらず一様にレンズ先端までの厚さと仮定した近軸計算では、距離Ｌ_２は各層の厚さを各層の屈折率で割ったものの和となる。Ｌ_１，Ｌ_２は、各部材の厚さ及び屈折率や設定した像面の位置（観察位置）に基づいて光線行列を解くことにより求められる。

図２（ａ）では、単位画素組２１_ｋのＹ方向中心、および、単位画素組２１_ｋに対応するシリンドリカルレンズ１１_ｋのＹ方向中心は、何れもＹ＝０に位置している。このとき、同図（ｂ）に示されるように、像面Ａ上において、左目用部分画素２２_Ｌに対応する左目用像Ｉ_Ｌは下記（１）式で表されるＹ方向範囲に形成され、右目用部分画素２２_Ｒに対応する右目用像Ｉ_Ｒは下記（２）式で表されるＹ方向範囲に形成される。また、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂは下記（３）式で表されるＹ方向範囲に形成される。なお、αは、レンズ倍率であり、α＝Ｌ_１／Ｌ_２なる式で表される。

図３（ａ）では、単位画素組２１_ｋのＹ方向中心はＹ＝０に位置しているのに対して、単位画素組２１_ｋに対応するシリンドリカルレンズ１１_ｋのＹ方向中心はＹ＝−ｔに位置している。このとき、同図（ｂ）に示されるように、像面Ａ上において、左目用部分画素２２_Ｌに対応する左目用像Ｉ_Ｌは下記（４）式で表されるＹ方向範囲に形成され、右目用部分画素２２_Ｒに対応する右目用像Ｉ_Ｒは下記（５）式で表されるＹ方向範囲に形成される。また、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂは下記（６）式で表されるＹ方向範囲に形成される。

すなわち、図２の場合と比較して図３の場合には、単位画素組２１_ｋに対してシリンドリカルレンズ１１_ｋがＹ方向に−ｔだけ移動していることにより、像面Ａ上において左目用像Ｉ_Ｌ，右目用像Ｉ_Ｒおよび黒い領域Ｉ_Ｂは何れもＹ方向に−ｔ(１＋Ｌ_１／Ｌ_２) だけシフトすることになる。すなわち、像面Ａ上において図２では光強度０であった部分にも図３では光が到達する。

図４は、参考形態の画像表示装置のレンズ部品１０を説明する図である。同図でもレンズ部品の凸面の形状が示されている。同図（ａ），（ｂ）は、各々Ｘ方向に延在し共通の構成を有する複数のシリンドリカルレンズが一定周期Ｐ_ＬでＹ方向に並列配置されたレンチキュラレンズを示す。このレンチキュラレンズは、第１比較例の画像表示装置１に含まれるものと同様のものである。同図（ａ）のレンチキュラレンズに対して同図（ｂ）のレンチキュラレンズはＹ方向にｔだけシフトしている。

同図（ｃ）に示される本参考形態のレンズ部品１０は、各々Ｘ方向に延在し共通の構成を有しＹ方向に最小周期Ｐ_Ｌで並列配置されたＫ個の単位レンズ１１を備える。各単位レンズ１１は、Ｙ方向の最小周期Ｐ_Ｌ内において区分される２個の部分レンズ１２_１，１２_２を含む。最小周期Ｐ_Ｌ内の０〜Ｐ_Ｌ'の範囲にある部分レンズ１２_１は同図（ａ）中の実線部分に相当する。最小周期Ｐ_Ｌ内のＰ_Ｌ'〜Ｐ_Ｌの範囲にある部分レンズ１２_２は同図（ｂ）中の実線部分に相当する。

すなわち、各単位レンズ１１に含まれる２個の部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは、Ｚ方向に平行であって互いに異なる光軸（Ｙ方向にｔだけ互いに離れている光軸）を有し、物体面上の共通点を像面Ａ上の互いに異なる位置（Ｙ方向に−ｔ(１＋Ｌ_１／Ｌ_２) だけ互いにシフトした位置）に結像することができる。これにより、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂ（観察の際に黒い筋となって見える領域）を狭くすることができ、或いは、黒い領域Ｉ_Ｂを無くすことができる。

図２（ｂ）および図３（ｂ）それぞれに示された光強度分布から、下記（７）式で表される条件が成り立つとき、像面Ａ上において光が到達しない領域Ｉ_Ｂが存在する。下記（８）式で表される条件が成り立つとき、像面Ａ上において左目用像Ｉ_Ｌと右目用像Ｉ_Ｒとが互いに一部重なってクロストークが生じる。したがって、下記（９）式で表される条件が成り立つのが最適である。なお、（７）式〜（９）式それぞれにおいて、左辺は図２での黒い領域Ｉ_Ｂの左側境界位置を表し、右辺は図３での黒い領域Ｉ_Ｂの右側境界位置を表す。

上記（９）式から下記（１０）式が得られる。通常、距離Ｌ_２は数百μｍ〜数ｍｍであるのに対し、距離Ｌ_１は数百ｍｍと十分大きい。したがって、（１０）式は下記（１１）式で近似され得る。

なお、レンズ部品１０の各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは、ＹＺ断面において、球面レンズ形状を有していてもよいし、非球面レンズ形状を有していてもよい。部分レンズ１２_１，１２_２それぞれのレンズ形状は、光線行列を解くことにより得られる。しかし、部分レンズ１２_１，１２_２それぞれのレンズ形状が光線行列の解から数％程度異なっていても、充分に視点分離が可能であるので実用上の問題はない。ただし、像面Ａ上におけるＹ方向の画質の一様性の観点から、各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは互いに等しい焦点距離を有するのが好ましい。

次に、図５〜図１０を用いて第１比較例および本参考形態それぞれの画像表示装置の動作を説明する。図５は、第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが−Ｙ方向にシフトしたときの部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図であり、図６は、第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが−Ｙ方向にシフトしたときの像面Ａ上の光強度分布を示す図である。図７は、第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが＋Ｙ方向にシフトしたときの部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図であり、図８は、第１比較例における表示パネル１０に対しレンズが＋Ｙ方向にシフトしたときの像面Ａ上の光強度分布を示す図である。また、図９は、本参考形態における部分画素２２_Ｒからの光線の軌跡を示す図であり、図１０は、本参考形態における像面Ａ上の光強度分布を示す図である。

第１比較例において、図５および図６に示されるように、表示パネル１０に対しレンズが−Ｙ方向にシフトしたとき（図４（ａ）の場合）、像面Ａ上の右目用像Ｉ_Ｒ１および左目用像Ｉ_Ｌ１も−Ｙ方向にシフトする。一方、図７および図８に示されるように、表示パネル１０に対しレンズが＋Ｙ方向にシフトしたとき（図４（ｂ）の場合）、像面Ａ上の右目用像Ｉ_Ｒ２および左目用像Ｉ_Ｌ２も＋Ｙ方向にシフトする。

これに対して、本参考形態においては、図９および図１０に示されるように、単位レンズ１１のうちの部分レンズ１２_１を経て像面Ａに形成される右目用像Ｉ_Ｒ１および左目用像Ｉ_Ｌ１と、単位レンズ１１のうちの部分レンズ１２_２を経て像面Ａに形成される右目用像Ｉ_Ｒ２および左目用像Ｉ_Ｌ２とは、像面Ａ上において互いに異なる領域に形成される（図１０（ａ））。したがって、本参考形態では、像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒ１と右目用像Ｉ_Ｒ２とが重なった右目用像Ｉ_Ｒが形成され、また、左目用像Ｉ_Ｌ１と左目用像Ｉ_Ｌ２とが重なった左目用像Ｉ_Ｌが形成される（図１０（ｂ））。

次に、第１比較例，第１参考例，第２参考例および第３参考例それぞれにおける像面Ａ上での光強度分布の計算例を説明する。第１参考例，第２参考例および第３参考例は、上記の本参考形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。

図１１は、第１比較例の計算条件を示す図である。図１２は、第１比較例の計算結果を示す図である。第１比較例では、図１１に示されるように、単位画素組のＹ方向幅Ｐを０.２ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのＹ方向幅Ｗ_Ｐを０.０８ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂを０.０２ｍｍとした。

レンズの出射側主平面と像面との間の距離Ｌ_１を３５０ｍｍとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離Ｌ_２を０.５２ｍｍとした。なお、レンズの厚さを０.３ｍｍとし、レンズの屈折率を１.６とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ０.５ｍｍで屈折率１.５のガラスがあるものとして、距離Ｌ_２を０.５２ｍｍ（＝0.3/1.6＋0.5/1.5）とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。

これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は０.３１ｍｍと計算された。表示パネルのＹ方向幅を３２.２ｍｍとして、表示パネルが１６１個の単位画素組を備えるものとした。

図１１中において、Ｙ＝８０Ｐ＝１６ｍｍに位置する最外単位画素組は、中央（Ｙ＝０）に位置する単位画素組から数えて８０番目の単位画素組である。像面Ａ上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Ｙ＝８０Ｐに位置する８０番目の単位画素組の中心位置の像が、Ｙ＝８０Ｐ_Ｌに位置する８０番目のレンズを通って、像面Ａ上のＹ＝０の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのＹ方向幅Ｐ_Ｌは０.１９９７ｍｍと計算された。

第１比較例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図１２に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂが存在している。

図１３は、第１参考例の計算条件を示す図である。図１４は、第１参考例の計算結果を示す図である。第１参考例では、図１３に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第１比較例の計算条件と同じである。この第１参考例では、単位レンズは、第１比較例のレンズを−Ｙ方向（左方向）にｔ／２だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ１２_１と、第１比較例のレンズを＋Ｙ方向（右方向）にｔ／２だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ１２_２とを含む。ｔ／２＝Ｗ_Ｂ／２＝０.０１ｍｍである。

部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸は、Ｚ方向に平行であって、互いに距離ｔだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸のＹ方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のＹ方向中心位置と一致している。各単位レンズのＹ方向幅Ｐ_Ｌ（０.１９９７ｍｍ）において、−Ｙ方向側の０.０５ｍｍ幅の領域に部分レンズ１２_１が存在し、＋Ｙ方向側の０.１４９７ｍｍ幅の領域に部分レンズ１２_２が存在する。

第１参考例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図１４に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。なお、図１４では、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度０で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。

図１５は、第２参考例の計算条件を示す図である。図１６は、第２参考例の計算結果を示す図である。第２参考例では、図１５に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第１比較例の計算条件と同じである。前の第１参考例では部分レンズ１２_１，１２_２のＹ方向幅比が略１：３であったのに対して、この第２参考例では部分レンズ１２_１，１２_２のＹ方向幅比を１：１とした。

第２参考例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図１６に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第２参考例では、像面Ａ上の光強度分布はＹ＝０の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第２参考例のレンズ部品は、第１参考例と異なり不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。

図１７は、第３参考例の計算条件を示す図である。図１８は、第３参考例の計算結果を示す図である。第３参考例では、図１７に示されるように、第１比較例，第１参考例および第２参考例と同様に、単位画素組のＹ方向幅Ｐを０.２ｍｍとし、レンズの出射側主平面と像面との間の距離Ｌ_１を３５０ｍｍとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離Ｌ_２を０.５２ｍｍとし、単位レンズのＹ方向幅Ｐ_Ｌを０.１９９７ｍｍとした。

第３参考例では、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのＹ方向幅Ｗ_Ｐを０.０５ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂを０.０５ｍｍとして、両者を等しくした。また、部分レンズ１２_１，１２_２のＹ方向幅比を１：１とした。

第１比較例において、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのＹ方向幅Ｗ_Ｐと各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂとを互いに等しくすると、像面Ａにおいて、右目用像Ｉ_Ｒ、左目用像Ｉ_Ｌおよび黒い領域Ｉ_ＢそれぞれのＹ方向幅も互いに等しくなる。これに対して、第３参考例では、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図１８に示されるように、部分レンズ１２_１，１２_２により±ｔ／２だけシフトされた右目用像Ｉ_Ｒおよび左目用像Ｉ_Ｌの重ね合わせとなるので、略均一の強度分布となる。

したがって、第３参考例では、第２参考例の効果に加えて、強度分布が一様でありより自然な画像が得られるという効果が得られる。また、さらに、像面Ａでの実質的な視認範囲（すなわち、光強度分布が略一様である範囲）は、第１参考例および第２参考例では、右目用像Ｉ_Ｒに対してはＹ＝−５５ｍｍ〜−１３ｍｍであって、左目用像Ｉ_Ｌに対してはＹ＝＋１３ｍｍ〜＋５５ｍｍであったのに対し、第３参考例では、右目用像Ｉ_Ｒに対してはＹ＝−６５ｍｍ〜０であって、左目用像Ｉ_Ｌに対してはＹ＝０〜＋６５ｍｍであり、それぞれ視認範囲を広くとることができる。

なお、図１８（ａ）において、右目用像Ｉ_Ｒおよび左目用像Ｉ_Ｌそれぞれの中央付近に、局所的に強度の大きい部分が見られる。これは、＋Ｙ方向にシフトした部分レンズによる像と、−Ｙ方向にシフトした部分レンズによる像との切替部分で、レンズの球面収差により若干光強度分布が裾を引いて僅かなオーバーラップ（図１８（ｂ）中の点線で囲った部分）が生じたことに因る。しかしながら、人間の眼には、このような局所的な強度の変化は認識されにくい。この僅かなオーバーラップは、画素の幅やレンズのシフト量に若干の修正を加えることなどにより改善が可能である。

これまで説明してきた比較例および参考形態では視点数が２であったが、一般に視点数が２以上であってもよい。視点数がＮである場合、表示パネルの各単位画素組はＹ方向に配列されたＮ個の部分画素を含む。すなわち、Ｎ枚の絵を画素毎に分割し、表示パネル上ではＹ方向に、１番目の絵を構成する部分画素、２番目の絵を構成する部分画素、・・・、Ｎ番目の絵を構成する部分画素の順に配置したものを単位画素組として、レンズによって各視点の像を振り分ける。

次に、視点数が３である場合について説明する。図１９は、第２比較例の画像表示装置２による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置２は、レンズ部品１０および表示パネル２０を備え、表示パネル２０を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品１０により像面Ａ上に結像する。レンズ部品１０は、図１に示されたものと同様である。

表示パネル２０は、ＸＹ平面上に複数の単位画素組２１が２次元配列されたものである。視点数が３である場合、各単位画素組２１は、Ｙ方向に沿って配列された３個の第１部分画素２２_１，第２部分画素２２_２および第３部分画素２２_３を含む。部分画素２２_１，２２_２，２２_３はＹ方向に順に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域２３が、部分画素２２_１と部分画素２２_２との間に存在し、部分画素２２_２と部分画素２２_３との間に存在する。

単位画素組２１_ｋがシリンドリカルレンズ１１_ｋに対応しているとすると、単位画素組２１_ｋの第１部分画素２２_１から発した光がシリンドリカルレンズ１１_ｋを経ることにより像面Ａ上に第１の像Ｉ_１が形成され、単位画素組２１_ｋの第２部分画素２２_２から発した光がシリンドリカルレンズ１１_ｋを経ることにより像面Ａ上に第２の像Ｉ_２が形成され、また、単位画素組２１_ｋの第３部分画素２２_３から発した光がシリンドリカルレンズ１１_ｋを経ることにより像面Ａ上に第３の像Ｉ_３が形成される。そして、像面Ａ上の第１および第２の像の形成範囲にある左目・右目により立体画像が視認され、像面Ａ上の第２および第３の像の形成範囲にある左目・右目により他の立体画像が視認される。

しかし、この場合にも、像面Ａ上には、第１の像Ｉ_１と第２の像Ｉ_２との間、および、第２の像Ｉ_２と第３の像Ｉ_３との間に、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂが生じてしまう。この黒い領域Ｉ_Ｂが像面Ａ上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。

このような３視点の場合にも、既に説明した２視点の場合と同様に、図４（ｃ）に示されるようなレンズ部品を用いることにより、遮蔽領域２３に対応する黒い領域Ｉ_Ｂ（観察の際に黒い筋となって見える領域）を狭くすることができ、或いは、黒い領域Ｉ_Ｂを無くすことができる。

次に、３視点の場合の第２比較例および第４参考例それぞれにおける像面Ａ上での光強度分布の計算例を説明する。第４参考例は、上記の３視点の場合の参考形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。

図２０は、第２比較例の計算条件を示す図である。図２１は、第２比較例の計算結果を示す図である。第２比較例では、図２０に示されるように、単位画素組のＹ方向幅Ｐを０.２１ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのＹ方向幅Ｗ_Ｐを０.０５６ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂを０.０１４ｍｍとした。

レンズの出射側主平面と像面との間の距離Ｌ_１を３５０ｍｍとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離Ｌ_２を０.３９ｍｍとした。なお、レンズの厚さを０.２ｍｍとし、レンズの屈折率を１.６とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ０.４ｍｍで屈折率１.５のガラスがあるものとして、距離Ｌ_２を０.３９ｍｍ（＝0.2/1.6＋0.4/1.5）とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。

これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は０.２３５ｍｍと計算された。表示パネルのＹ方向幅を３３.８１ｍｍとして、表示パネルが１６１個の単位画素組を備えるものとした。

図２０中において、Ｙ＝８０Ｐ＝１６.８ｍｍに位置する最外単位画素組は、中央（Ｙ＝０）に位置する単位画素組から数えて８０番目の単位画素組である。像面Ａ上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Ｙ＝８０Ｐに位置する８０番目の単位画素組の中心位置の像が、Ｙ＝８０Ｐ_Ｌに位置する８０番目のレンズを通って、像面Ａ上のＹ＝０の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのＹ方向幅Ｐ_Ｌは０.２０９８ｍｍと計算された。

第２比較例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる３個の部分画素２２_１〜２２_３の全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図２１に示されるようになる。像面Ａ上において、像Ｉ_１〜像Ｉ_３の間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂが存在している。

図２２は、第４参考例の計算条件を示す図である。図２３は、第４参考例の計算結果を示す図である。第４参考例では、図２２に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第２比較例の計算条件と同じである。第４参考例では、単位レンズは、第２比較例のレンズを−Ｙ方向（左方向）にｔ／２だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ１２_１と、第２比較例のレンズを＋Ｙ方向（右方向）にｔ／２だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ１２_２とを含む。ｔ／２＝Ｗ_Ｂ／２＝０.００７ｍｍである。

部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸は、Ｚ方向に平行であって、互いに距離ｔだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸のＹ方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のＹ方向中心位置と一致している。部分レンズ１２_１，１２_２のＹ方向幅比を１：１とした。

第４参考例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_１〜２２_３の全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図２３に示されるようになる。像面Ａ上において、像Ｉ_１〜像Ｉ_３の間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度０で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。

これまで説明してきた比較例および参考形態では、単位レンズに含まれる各部分レンズが球面レンズ形状であったが、非球面レンズ形状であってもよい。単位レンズに含まれる各部分レンズを非球面レンズ形状とすることで、画素上１点から出た光を像面上なるべく径の小さい１点に結像させることができる。本参考形態では、レンズがＸ方向に延在しているので、像面Ａ上なるべく細い線に結像させることができる。

次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズ形状である場合について説明する。図２４は、非球面レンズの断面形状を示す図である。光軸をＺ軸に一致させ、光軸からの距離をｒとし、ｒ＝０のときのレンズ高さとの差をΔｚとすると、非球面レンズの凸面の形状は下記（１２）式で表される。ｃは曲率であり、ｋはコーニック係数であり、ｃ_２ｍは非球面係数である。

これらｃ，ｋ，ｃ_２ｍのレンズパラメータは、市販されているレンズ設計ソフトを用いて最適化し決定することができる。最適化の際の条件として、中央単位画素組から最外単位画素組までの数をＮとし、物体高（レンズ中心から最も遠い発光点のＹ方向距離）を例えばＮ(Ｐ−Ｐ_Ｌ)＋Ｐ／２ とし、レンズ倍率をＬ_１／Ｌ_２とすればよい。

本参考形態における単位レンズに含まれる各部分レンズは、球面レンズ形状の場合と同様に、非球面レンズ形状の場合にも、遮蔽領域２３のＹ方向幅ｔだけ互いにシフトしたレンズの一部同士を組み合わせることにより、像面Ａ上において光を到達しない部分をなくすことができ、画像の質を高めつつ、画面上に現れる黒い筋を無くすことができる。

非球面レンズのパラメータは以下のようにして計算される。図２５に示されるように、屈折率１.５で厚さ０.５ｍｍの平行平板ガラスに、屈折率１.６で厚さ０.３ｍｍの片面平面で片面非球面凸形状のレンズが、平面側で密着したレンズ系において、レンズと密着しているガラスの面に対向する面を光源面とする。物体高０、０.１２４ｍｍ（＝80*(0.2−0.1997)＋0.2/2）に対し、レンズ部品１０の出射側主平面と像面Ａとの間の距離Ｌ_１を３５０ｍｍとし、レンズ部品１０の入射側主平面と表示パネル２０との間の距離Ｌ_２を０.５２ｍｍとする。この条件の下で最適化することにより、ｃ＝３.１[mm^-1]、ｋ＝−０.７６、ｃ_４＝３.９、ｃ_６＝−１４５.５が得られた。なお、ｃ_２およびｃ_２ｍ（ｍ≧４）を０とした。

次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズである場合の第５参考例における像面Ａ上での光強度分布の計算例を説明する。

図２６は、第５参考例の計算条件を示す図である。図２７は、第５参考例の計算結果を示す図である。第５参考例では、図２６に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第２参考例の計算条件と同じである。この第５参考例では、単位レンズに含まれる各部分レンズを上記のような非球面レンズ形状とした。

第５参考例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図２７に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第５参考例では、像面Ａ上の光強度分布はＹ＝０の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第５参考例のレンズ部品は、不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。

次に、参考形態のレンズ部品と対比しつつ、本実施形態のレンズ部品について説明する。これまで説明してきた参考形態のレンズ部品は、比較例のものと比べて、画像の画質の劣化を抑制することができる点で優れているが、製造の容易性の点では難がある。すなわち、参考形態のレンズ部品は、ＸＺ断面において各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１と部分レンズ１２_２との間に窪みを有していることから、製造の際に用いられる金型の加工が容易ではない。以下に説明する本実施形態のレンズ部品は、参考形態のレンズ部品と同程度の画質劣化抑制の作用効果を奏することに加えて、容易に製造することができるものである。

図２８は、本実施形態のレンズ部品１０の断面図である。図２９は、本実施形態のレンズ部品１０による結像を説明する図である。本実施形態のレンズ部品１０は、各々Ｘ方向に延在し共通の構成を有しＹ方向に最小周期Ｐ_Ｌで並列配置されたＫ個の単位レンズ１１を備える。各単位レンズ１１は、Ｙ方向の最小周期Ｐ_Ｌ内において区分される２個の部分レンズ１２_１，１２_２を含み、さらに、これら部分レンズ１２_１，１２_２の間に設けられた平坦部１３をも含む。各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは、Ｚ方向に平行であって互いに異なる光軸Ａｘ_１，Ａｘ_２を有し、表示パネル２０を物体面として該物体面上の共通点を像面Ａ上の互いに異なる位置に結像する。部分レンズ１２_１，１２_２それぞれによる結像の位置の間の距離は、レンズ倍率αと光軸Ａｘ_１，Ａｘ_２間の距離とに依存する。部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの焦点距離は互いに等しい。

なお、図２９は、物体面上の共通点から出た光線のうち部分レンズ１２_１，１２_２を通過する光線のみの光路を模式的に描いたものである。図２９には示されていないが、物体面上の共通点から出た光線のうち平坦部１３を通過する光線は、像面Ａ上で２つの結像点の間に分布して到達する。平坦部１３を通過して像面Ａ上に到達した光は、結像光に対する雑音となるが、面積当たりの光量では結像光に対して十分小さくなる。部分レンズ１２_１，１２_２に対する平坦部１３の大きさが大きすぎなければ、この雑音は問題ない。図２８に示された断面形状において周期Ｐ_Ｌに占める平坦部１３の長さが０.５以下であれば問題ない。

各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれは、図３０に示されるように、同じ形状の円筒レンズの一部である形状で構成することができる。同図で示した断面図では、円Ｃ_１と円Ｃ_２とは互いに等しい同じ曲率半径を持ち、円Ｃ_１の中心Ｏ_１が光軸Ａｘ_１上に存在し、円Ｃ_２の中心Ｏ_２が光軸Ａｘ_２上に存在する。部分レンズ１２_１，１２_２は各円弧からなる円筒形状の一部である。

次に、図３１〜図３９を用いて第３比較例，第１実施例，第２実施例および第３実施例それぞれにおける像面Ａ上での光強度分布の計算例を説明する。第１実施例は、上記の本実施形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。

図３１は、第３比較例の計算条件を示す図である。図３２は、第３比較例の計算結果を示す図である。第３比較例では、図３１に示されるように、単位画素組のＹ方向幅Ｐを０.２ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのＹ方向幅Ｗ_Ｐを０.０６ｍｍとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂを０.０４ｍｍとした。

レンズの出射側主平面と像面との間の距離Ｌ_１を３５０ｍｍとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離Ｌ_２を０.４６ｍｍとした。なお、レンズの厚さを０.２ｍｍとし、レンズの屈折率を１.６とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ０.５ｍｍで屈折率１.５のガラスがあるものとして、距離Ｌ_２を０.４６ｍｍ（＝0.2/1.6＋0.5/1.5）とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。

これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は０.２７ｍｍと計算された。表示パネルのＹ方向幅を３２.２ｍｍとして、表示パネルが１６１個の単位画素組を備えるものとした。

図３１中において、Ｙ＝８０Ｐ＝１６ｍｍに位置する最外単位画素組は、中央（Ｙ＝０）に位置する単位画素組から数えて８０番目の単位画素組である。像面Ａ上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Ｙ＝８０Ｐに位置する８０番目の単位画素組の中心位置の像が、Ｙ＝８０Ｐ_Ｌに位置する８０番目のレンズを通って、像面Ａ上のＹ＝０の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのＹ方向幅Ｐ_Ｌは０.１９９７ｍｍと計算された。

第３比較例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図３２に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂが存在している。遮蔽領域２３に対する黒い領域Ｉ_Ｂは、前記（３）式で表されるＹ方向範囲に形成される。

図３３は、第１実施例の計算条件を示す図である。図３４は、第１実施例の計算結果を示す図である。第１実施例では、図３３に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第３比較例の計算条件と同じである。この第１実施例では、各単位レンズ１１は、部分レンズ１２_１，１２_２および平坦部１３を含む。各単位レンズ１１に含まれる部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸の間の間隔を、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のＹ方向幅Ｗ_Ｂと等しく０.０４ｍｍとした。ＹＺ面におけるレンズ面接線の傾きを各単位レンズ面内で連続とした。各部分レンズの曲率半径を０.２７ｍｍとし、各部分レンズのＹ方向幅を０.０７９８５ｍｍとした。

物体面上の或る物点から出た光は、その点と光軸との距離のα倍だけ、光軸から物点と反対側に離れた像面上に結像する。右視点用部分画素２２_Ｒから出た光により形成される右目用像Ｉ_Ｒは、部分レンズ１２_１によって下記（１３）式で表されるＹ方向範囲に形成され、部分レンズ１２_２によって下記（１４）式で表されるＹ方向範囲に形成され、全体として下記（１５）式で表されるＹ方向範囲に形成される。左視点用部分画素２２_Ｌから出た光により形成される左目用像Ｉ_Ｌは、全体として下記（１６）式で表されるＹ方向範囲に形成される。よって、像面Ａ上において光が到達しない領域が存在しないことになる。

第１実施例において、表示パネルの１６１個の単位画素組に含まれる部分画素２２_Ｌ，２２_Ｒの全てを光らせたときの像面Ａ上での光強度分布は、図３４に示されるようになる。像面Ａ上において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの間に、光が到達しない領域Ｉ_Ｂがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。

各単位レンズ１１において、第１実施例の構成から平坦部１３を除いて、部分レンズ１２_１，１２_２それぞれが同じ曲率を有したまま中央まで存在する場合（参考形態の構成とした場合）、像面Ａ上での光強度分布は、図３５に示されたようになる。図３５と比較して、図３４に示される第１実施例の計算結果は、若干の強度分布の違いがあるものの、左右方向への視点分離を維持しつつ、ｙ＝０ｍｍ付近の光強度０の領域がなくなっているので、十分な性能を有していると言える。

図３６は、第２実施例の計算条件を示す図である。図３７は、第２実施例の計算結果を示す図である。第１実施例に対して、第２実施例では、部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸Ａｘ_１，Ａｘ_２の間の距離を０.０５ｍｍに変更し、平坦部１３のＹ方向幅を０.０５ｍｍに変更した。第１実施例と比べて、第２実施例では、像面Ａ上でｙ＝０付近において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの重なり量が大きくなり、より効果的に黒い筋をなくすことができる。

図３８は、第３実施例の計算条件を示す図である。図３９は、第３実施例の計算結果を示す図である。第１実施例に対して、第３実施例では、部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸Ａｘ_１，Ａｘ_２の間の距離を０.０４ｍｍのままとし、平坦部１３のＹ方向幅を０.０９９ｍｍに変更した。第１実施例および第２実施例と同様、第３実施例でも、像面Ａ上でｙ＝０付近において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとが互いに重なり、黒い筋をなくすことができる。第３実施例では、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとの重なり量がかなり大きくなり、一方視点に対する他方視点の入り込み量でありクロストークが若干悪くはなる。しかし、一般的な人の眼間距離は６０〜６５ｍｍであり、片目の位置であるｙ＝±３０〜３２.５ｍｍ付近には他視点の光が混入していないので、立体画像表示装置に用いることが可能である。

上記の第１〜第３の実施例のように、部分レンズ１２_１，１２_２の光軸間距離を遮蔽領域２３の幅Ｗ_Ｂと同じかそれ以上にしておけば、像面Ａ上でｙ＝０付近において、右目用像Ｉ_Ｒと左目用像Ｉ_Ｌとが互いに重なり、黒い筋をなくすことができる。

本実施形態のレンズ部品１０は、図４０に断面図が示されるような構成、すなわち、各単位レンズ１１において平坦部１３の方向幅が部分レンズ１２_１，１２_２の光軸間距離より狭い構成であってもよい。このような構成のレンズ部品であっても、参考形態のレンズ部品より容易に製造することができる。しかし、より容易に製造することができる構成としては、各単位レンズにおいて、平坦部１３のＹ方向幅は、部分レンズ１２_１，１２_２それぞれの光軸の間隔と比べて等しいか又は大きいのが好ましい。

一方、平坦部１３を通る光は結像に寄与しない雑音光となるので、平坦部１３のＹ方向幅が大きすぎると雑音光が増してしまう。したがって、各単位レンズ１１において、平坦部１３のＹ方向幅は、該単位レンズ１１のＹ方向幅Ｐ_Ｌの１／２より小さいのが好ましい。

なお、平坦部１３を通る光は雑音光となるだけであるので、平坦部１３は、通過後の光の進行方向を厳密に制御する必要はない。したがって、平坦部１３は、完全な平面でなくてもよく、例えば波長の１０倍程度以下の表面粗さであれば問題ない。平坦部１３は、部分レンズ１１_１，１１_２の曲率半径より大きい曲率半径を有する曲面であってもよい。部分レンズ１１_１，１１_２が非球面レンズである場合には、平坦部１３は、その非球面レンズの曲率半径の最小値より大きい曲率半径を有する曲面であってもよい。平坦部１３は、物体面上から発した光を像面Ａ上に結像しなければよい。

次に、比較例、参考形態および本実施形態それぞれの場合におけるレンズ部品１０の製造方法について説明する。レンズ部品１０のレンズ面の形状の凹凸を反転させた形状を有する金型を作製し、溶かした材料を金型に流し込んで上から平板でプレスするか、或いは、溶かした材料を平板に流し込んで上から金型でプレスするかすることで、レンズ部品１０を製造する。図４１は、金型の作製方法を模式的に説明する図である。図４２は、金型の作製の際に用いるバイトの形状を説明する図である。バイト３１は本体部と刃先（図示せず）とから構成されており、刃先は本体部の先端にろう付けされて一体に構成されている。刃先はダイヤモンドなどの硬い材料で構成され得る。また、バイト３１は図示しないシャンクに保持された状態で所定方向に移動可能とされている。バイト３１を図中の矢印の方向に動かし、平板３２の一方の主面上に周期Ｐ_Ｌで配列された複数の溝を形成して、金型を作製する。

バイト３１の１回のライン加工で切り込める深さが限られるので、１本の溝を形成するためにはｍ回（深さに依存するが通常は３回）のライン加工が必要となる。ｎ個（通常は数百以上）の単位レンズ１１を備えるレンズ部品１０を製造するには、金型もｎ本の溝が必要である。したがって、全体のｍ×ｎ回のライン加工が必要となる。このようなバイト３１は研磨により作製される。

バイト３１の先端（刃先）は単位レンズ１１と同じ形状を有する。比較例のレンズ部品１０を製造するための金型を作製する際に用いられるバイト３１は、その先端が１つの凸部を有する。参考形態のレンズ部品１０を製造するための金型を作製する際に用いられるバイト３１Ａは、図４２（ａ）に示されるように、その先端が２つの凸部の間に窪みを有する。このような形状を有するバイト３１Ａは、バイト３１の先端（刃先）を研磨することで作製され得る。しかし、バイト３１の先端（刃先）は、サイズが小さく、硬い材料で構成されているから、通常の研磨により作製することが困難であり、特殊な技術により作製する必要があるので、作製が容易でなく高価となる。バイト３１Ａに替えて、図４２（ｂ）に示されるような２本のバイト３１Ｂ，３１Ｃを用いることも考えられる。しかし、この場合には、必要なバイトの本数が増えるだけでなく、金型作成の際のライン加工の回数が２倍になるので、金型作製のコストが倍増する。さらに、こうして作製された金型は、２本のバイトの境界部に筋状の加工残りが発生してしまうから、単位レンズの光学特性が劣化する。

本実施形態のレンズ部品１０を製造するための金型を作製する際に用いられるバイト３１Ｄは、図４２（ｃ）に示されるように、先端に窪みを有していないので、通常のバイト３１と同様に通常の研磨により作製することができる。したがって、本実施形態のレンズ部品１０は、通常のレンチキュラレンズと同じコストで容易に製造することができる。

本実施形態においても、参考形態の場合と同様に、一般に視点数が２以上であってよく、また、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズ形状であってもよい。

これまで、立体画像を視認させる場合について主に説明してきた。立体画像を表示する画像表示装置や、視点を非対称に振り分けることを目的としていない画像表示装置では、図４３に示されるように、画像表示装置の正面中央で見たときに、左右に均等に各視点の像が形成されていることが好ましい。同図は、本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。

同図に示されるように、像面Ａ上において、Ｙ方向中央（Ｙ＝０）の位置に対して負の方向を右視点とし、正の方向を左視点とすると、表示パネル２０において中央の単位画素組２１_ｋの中心がＹ＝０に位置する。画素と像とは互いに反転するので、負側に左目用部分画素２２_Ｌが配置され、正側に右目用部分画素２２_Ｒが配置されている必要がある。これが大きくずれると、両視点の外側の虚像の部分が見えてしまい、また、完全に右目用部分画素と左目用部分画素が入れ替わると、右と左とで像が入れ替わってしまう。したがって、レンズ部品１０のＹ方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる２個の部分レンズそれぞれの光軸のＹ方向での中間位置と、表示パネル２０のＹ方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいことが望ましい。

図４３に示されるような望ましい単位レンズ１１と単位画素組２１との位置関係にするためには、レンズ部品１０と表示パネル２０とを組み立てる際に画像を表示させることで位置を確認しながら組み立てることが好ましい。或いは、図４４に示されるように、レンズ部品１０が位置合わせの為のマーク１４を縁に有し、表示パネル２０が位置合わせの為のマーク２４を縁に有するようにして、レンズ部品１０と表示パネル２０とを組み立てる際にマーク１４とマーク２４とを互いに一致させるようにすることが好ましい。

１，２…画像表示装置、１０…レンズ部品、１１…単位レンズ、１２…部分レンズ、１３…平坦部、２０…表示パネル、２１…単位画素組、２２…部分画素、２３…遮蔽領域。

Claims (8)

1. 物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、
   各々第１方向に延在し共通の構成を有し、前記第１方向に垂直な第２方向に最小周期Ｐ_Ｌで並列配置されたＫ個の単位レンズを備え、
   前記Ｋ個の単位レンズそれぞれが、前記第２方向の最小周期Ｐ_Ｌ内において区分されるＭ個の部分レンズと、これらＭ個の部分レンズの間に設けられた平坦部とを含み、
   各単位レンズに含まれる前記Ｍ個の部分レンズそれぞれが、前記第１方向および前記第２方向の双方に垂直な第３方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、前記物体面上の共通点を前記像面上の互いに異なる位置に結像する、
   ことを特徴とするレンズ部品（ただし、Ｋ，Ｍは２以上の整数）。
2. 各単位レンズにおいて、前記平坦部の第２方向幅が、前記Ｍ個の部分レンズそれぞれの光軸の間隔と比べて等しいか又は大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ部品。
3. 各単位レンズにおいて、前記平坦部の第２方向幅が、該単位レンズの第２方向幅の１／２より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ部品。
4. 各単位レンズに含まれる前記Ｍ個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ部品。
5. 互いに垂直な第１方向および第２方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が２次元配列され、前記複数の単位画素組それぞれが前記第２方向に沿って配列されたＮ個の部分画素を含む表示パネルと、
   前記表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、前記第２方向について前記単位画素組に対応して前記単位レンズが設けられている請求項１〜４の何れか１項に記載のレンズ部品と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置（ただし、Ｎは２以上の整数）。
6. 前記表示パネルの前記複数の単位画素組それぞれにおいて前記第２方向に沿って前記Ｎ個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、
   前記遮蔽領域の前記第２方向での幅が、前記レンズ部品の各単位レンズに含まれる前記Ｍ個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第２方向での間隔と比べて等しいか又は小さい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. Ｍ値が２であり、
   前記レンズ部品の前記Ｋ個の単位レンズのうち前記第２方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる２個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第２方向での中間位置と、前記表示パネルの前記複数の単位画素組のうち前記第２方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記レンズ部品および前記表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。

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